专利名称：波长复用光信号测定装置及其方法
技术领域：
本发 明涉及测定进行波长复用后的光信号的每个波长的信号波形的测定装置及 其方法。
背景技术：
以往测定进行了波长复用后的光信号的振幅时，通常使用利用波长分离装置将 被测定光信号分离为各个波长的光信号、然后利用测定装置根据各个波长的信号波形测 定振幅的方法。作为波长分离装置可以使用多层膜滤光器或专利文献1中记载的那样的 光栅。但是，像高密度波长复用光通信那样，在高密度地配置波长间隔的情况下，为了 准确地进行波长分离，需要对这些元件的物理配置及温度等进行极精密的控制。专利文献1 日本专利第3053294号专利文献2 日本专利第3808820号此外，以下的非专利文献是作为本申请的优先权基础的申请(日本专利申请 2008-0143480)之后的文献，但其记载了与本发明关联的技术。非专利文献1:冈本圭司、伊藤文彦著，“Simultaneous WDMsignal detection realized by ultrafast field sampling" Optics Express, Vol.17, Issue 8, pp.6696—6702、2009
年4月13日出版。非专禾1J 文献 2 The Convention of National Societies of ElectricalEngineers of Europe(EUREL)于2008年9月21日-25日在比利时的布鲁塞尔召开的ECOC2008上的 发表用资料冈本圭司、伊藤文彦著，“Simultaneous WDM Signal DetectionRealizedby Ultrafast FieldSampling ”。非专利文献3: 2008年9月16-19日召开的2008年电子信息通信学会通信协会大 会(電子情報通信学会通信y寸·^工f <大会)发表论文R本圭司、伊藤文彦著，“使 用超高速电场采样法的WDM信号一揽接收(超高速電界寸'J y V法&用P t WDM
信号一括受信)”。

发明内容
如上所述，在以往的测定进行波长复用后的光信号的每个波长的信号振幅时， 为了将被测定光信号按每个波长分离来取出各个波长的光信号并测定各个信号波形，在 高密度地配置波长间隔的光信号的情况下，需要高精度的波长分离装置，进而需要精密 地控制波长分离装置内的元件，这在成本方面以及管理方面都是问题。本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种不用进行波长分离就能够 测定波长复用光信号的每个波长的信号振幅、还能应对高密度地配置波长间隔的光信号 的波长复用光信号测定装置及其方法。为了实现上述目的，本发明的波长复用光信号测定装置如下构成。(1)、一种波长复用光信号测定装置，其特征在于，
具备连续时间序列电场采样部，测定波长复用光信号的全电场振幅；和时间序列电场解析部，对所述连续时间序列电场采样部的测定结果进行傅里叶 解析，算出各个波长的信号分量的电场振幅，所述连续时间序列电场采样部，按每一时间T测定M次所述波长复用光信号的 全电场振幅Jm，其中，将所述波长复用光信号的全频带设为Aftotal时，将时间T设定得比 1/Aft。tal小，并设定全观测时间的倒数1/(MT)比邻接波长信道的频率间隔Af小，所述时间序列电场解析部通过求由所述连续时间序列电场采样部求出的全电场 振幅Jm的级数的傅里叶变换来算出各个波长的信号的振幅，其中O^n^M-1。(2)、(1)所述的波长复用光信号测定装置，其特征在于， 所述连续时间序列电场采样部具备光发生单元，发生频谱宽度比所述波长复用光信号的全频带Aftotal大、且频谱的 中心与所述波长复用光信号光整体的中心波长大致一致的采样脉冲光；分路单元，对所述采样脉冲光和所述波长复用光信号光分别进行M分路；延迟单元，在所述M分路后的采样脉冲光的路径或波长复用光信号光的任意一 个路径中，提供所述时间T的整数倍的时间延迟；M个光90度混合器，在所述分路以及延迟后，针对每个分路输出，将所述采样 脉冲光以及波长复用光信号光合波，得到相位相差90度的信号光；M个平衡型受光器，接收来自所述M个光90度混合器的出射光，分别得到正交 电流Im、Qm,其中以及运算部，测定所述M个平衡型受光器各个的输出电流Im、Qm的任意时刻的值， 根据Jm = Im+jQm,求所述波长复用光信号光的全电场振幅Jm。(3)、(2)所述的波长复用光信号测定装置，其特征在于，所述连续时间序列电场采样部，在所述延迟单元带来的延迟量存在误差的情况下，在将通过预先观测一定振幅 的单一的波长得到的电场振幅设为Jm(°)，将波长复用光信号的全电场振幅设为Jm时，将 KmE JmJm(°)*视为波长复用光信号的全电场振幅，其中，O^nSM-1，*表示相位共轭。(4)、(2)或(3)所述的波长复用光信号测定装置，其特征在于，所述光发生单元反复发生所述采样脉冲光，使其发生频率从比特频率的整数分 之一稍有失调。(5)、一种波长复用光信号测定方法，测定波长复用光信号的全电场振幅，对该 测定结果进行傅里叶解析，算出各个波长的信号分量的电场振幅，其特征在于，以每时间T测定M次所述波长复用光信号的全电场振幅Jm，其中，将所述波长 复用光信号的全频带设为Δ ftotal时，将时间T设定得比1/ Δ ftotal小，并设定全观测时间的 倒数1/(MT)比相邻波长信道的频率间隔Af小，通过对所述全电场振幅Jm进行傅里叶解 析来算出各个波长的信号的振幅，其中O^n^M-1。(6)、(5)所述的波长复用光信号测定方法，其特征在于，在波长复用光信号的全电场振幅的观测中，相对于所述波长复用光信号，产生频谱宽度比所述波长复用光信号的全频带Aftotal大、且频谱的中心与所述波长复用光信号光整体的中心波长大致一致的采样脉冲 光；

对所述采样脉冲光和所述波长复用光信号分别进行M分路；在所述M分路后的采样脉冲光的路径或波长复用光信号任意一个路径中，提供 所述时间T的整数倍的时间延迟；在所述分路以及延迟后，针对每个分路输出，将所述采样脉冲光以及波长复用 光信号合波，得到相位相差90度的一对信号光；得到所述一对信号光分别的正交电流Im、Qm,其中O^n^M-l;测定所述正交电流Im、Qm的任意时刻的值，根据Jm = Im+jQm，求所述波长复用 光信号的全电场振幅Jm。(7)、(6)所述的波长复用光信号测定方法，其特征在于，在所述波长复用光信号的全电场振幅的测定中，在所述延迟单元带来的延迟量存在误差的情况下，在将通过预先观测一定振幅 的单一的波长而得到的电场振幅设为Jm(°)，将波长复用光信号的全电场振幅设为Jm时， 将]^1二 jmjm(°)*视为波长复用光信号的全电场振幅，其中，0^η^Μ-1，*表示相位共 轭。(8)、(6)或(7)所述的波长复用光信号测定方法，其特征在于，反复发生所述采样脉冲光，使其发生频率与比特频率的整数分之一稍有失调。S卩、如上构成的波长复用光信号测定装置及其方法中，其特征在于，由极高速 的连续时间序列电场采样部测定波长复用光信号的全电场波形，并对其进行傅里叶解 析，从而算出各个波长的光信号的电场波形。如上所述，根据本发明，能够提供不用进行波长分离就能够测定波长复用光信 号的每个波长的信号振幅、还能应对高密度地配置波长间隔的光信号的波长复用光信号 测定及其方法。


图1是示出本发明中的应用波长复用光信号波形测定方法的测定装置的一个实 施方式的结构的框图。图2是用于说明图1所示的实施方式的被测定光信号即波长复用信号的图。图3是示出图1所示的实施方式的连续时间序列电场采样部的结构的框图。图4是示出图3所示的光90度混合器的具体结构的框图。图5是用于说明在上述实施方式中使用的sine函数的波形图。附图标记说明11:连续时间序列电场采样部；12:时间序列电场解析部；19:采样脉冲发生 部；20-1、20-2 分路器；21-1 21-M 延迟器；22-1 22-M 光90度混合器； a、b、C、d光耦合器；23-1, 23-M,、23_lq 23_Mq 平衡型受光元件；24-1 24-M 数值运算器；25 时钟发生器。
具体实施例方式以下参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是示出本发明中的应用波长复用光信号波形测定方法的测定装置的一个实 施方式的结构的框图。图1中，L是作为被测定光信号的波长复用光信号。该波长复用 光信号L，如图2所示，如其字面，是通过不同的信号调制多个波长光并将它们合波后的 信号。若设各个波长光的频率为fji = 1，2，…，N)，设与其对应的调制信号为a, (t)， 则一个波长信号的电场，可由a, (t) expj2 π f,t表现。其中ai(t)为复数。若设波长复用光信号的电场为b(t)，则信号整体的
电场是各个波长信号的电场之和，能表示为 NW Xai(t}e,ji|>j:2 :fit…《1)
.1=1。该电场b(t)，是反映电场的振幅和相位的复数，相对于时间极高速地变化。 该变化的最小周期大致等于波长复用光信号整体的频带Aftotal的倒数。例如，在频率间隔 IOOGHz波长复用后的波长复用光信号的情况下，Aftotal = ITHz,所以b(t)在约Ips左右 的时间内变动。被测定光信号L( = b(t))，被引导至连续时间序列电场采样部11。连续时间序 列电场采样部11按每一时间T测定M次被测定光信号L的电场振幅。换言之，连续时 间序列电场采样部 11 测定 b(t)、b(t+T)、b(t+2T)、…、b(t+(M-l)T)。这里，需要将T设定得比1/Aftotal小。这是基于采样定理的设定，仅在该条件 满足时，能够根据被测定的数据序列b (t)、b(t+T)、b(t+2T)、…、b(t+(M-I) Τ)完全地 确定b(t)。b(t)是复数，具有实部和虚部，所以，在该测定过程中得到的数据的个数为 2M个。此外，需要将总体的观测时间的倒数1/(MT)设定得比波长信道的频率间隔Af 小。如后文说明的那样，基于本发明来分离波长复用光信号时，1/(MT)决定可分离的最 小的频率间隔。波长复用光信号的振幅测定，在使用通常的受光元件等的方法中在速度上是不 可能的，但是通过以下记述的方法则能够实现。图3是示出上述连续时间序列电场采样部11的具体结构的框图。在图3中，19 是采样脉冲发生器，在此处，发生的采样脉冲光Lsp由分路器20-1分路为M系统后，分 别经由延迟器21-1 20-M供给到光90度混合器22-1 22-M的一个输入端。而进行 波长复用后的被测定光信号L也通过分路器20-2分路为M系统，然后分别供给到光90 度混合器22-1 22-M的另一个输入端。上述延迟器21-1 21-M，是在分路后的采样脉冲光的路径中分别如0、T、 2T、…、(M-I)T那样提供T的整数倍的时间延迟的部件，所以可以被置于被测定光信号 L的分路输出路径上。上述光90度混合器22-1 22-M分 别如图4所示，由光耦合器a、b、C、d构成， 并设定图中的光路长AB和AD的差比光路长CB和CD的差大或小λ/4(λ是光波长)。由上述光90度混合器22-1 22_Μ得到的一对光信号分别由平衡型受光元件Ζβ-Ι,-Ζβ-Μ,、23-lq 23-Mq接收并变换为电信号I1Nl1^ Q1 QM，并按不同系统被 发送至数值运算器24-1 24-M。 但是，通常，波长复用光信号中的所有的波长信道以与相同的时钟同步的比特 率(Bbps)动作，因此，在图3所示的光采样部11中，在时钟发生器25中，设定为与信 号的比特率的整数分之一(例如1/10 1/1000左右)微微失调(失谐、detune)。艮口， 如果设时钟频率F。，则有Fc = Β/Ν+ Δ F。这里AF是失调频率。采样脉冲光发生部19依照该时钟来产生采样脉冲光 Lspo基于上述结构的连续时间序列电场采样部11通过应用专利文献2记载的光采样 方法、装置而实现。专利文献2中，作为观测重复输入的高速的信号光的光采样方法， 公开了以下技术从光脉冲发生部发生具有与信号光的重复周期稍有不同的周期、光脉 冲宽度也比信号光的频率变化的倒数短的采样脉冲光，在以下第1条件、第2条件、以及 第3条件下，观测光信号的强度调制和频率调制分量，该第1条件是指信号光的强度在采 样脉冲光的脉冲宽度的时间内基本不变，该第2条件是指被测定光信号L的频率在采样脉 冲光Lsp的脉冲宽度的时间内基本不变，该第3条件是指采样脉冲光Lsp的中心频率与信 号光的中心频率大致一致。从而根据该强度调制和频率调制分量能够求光信号的电场振 幅。如果将上述第1至第3条件适应于波长复用光信号L( = b⑴)，则意味着第1、 第2的条件中采样脉冲光Lsp的脉冲宽度必须比波长复用光信号b (t)的变化时间(Aftotal的 倒数)短。这与采样脉冲光Lsp的频谱宽度大于Δ ftotal等价。此外，第3条件意味着采样光Lsp的中心频率基本与波长复用光信号整体的中心 波长一致。即、如果综合这3个条件则意味着用于采样的采样脉冲光Lsp的频谱宽度需要 覆盖要观测的波长复用光信号整体的整个频谱。为了今后的说明，将采样脉冲光的电场波形Sam(t)表现为
权利要求
1.一种波长复用光信号测定装置，其特征在于， 具备连续时间序列电场采样部，测定波长复用光信号的全电场振幅；和 时间序列电场解析部，对所述连续时间序列电场采样部的测定结果进行傅里叶解 析，算出各个波长的信号分量的电场振幅，所述连续时间序列电场采样部，按每一时间T测定M次所述波长复用光信号的全电 场振幅Jm，其中，将所述波长复用光信号的全频带设为Aftotal时，将时间T设定得比1/ Aftotal小，并设定全观测时间的倒数1/(MT)比相邻波长信道的频率间隔Af小，所述时间序列电场解析部通过求解由所述连续时间序列电场采样部求出的全电场振 幅Jm的级数的傅里叶变换来算出各个波长的信号的振幅，其中O^n^M-1。
2.根据权利要求1所述的波长复用光信号测定装置，其特征在于， 所述连续时间序列电场采样部具备光发生单元，发生频谱宽度比所述波长复用光信号的全频带Aftotal大、且频谱的中心 与所述波长复用光信号光整体的中心波长大致一致的采样脉冲光；分路单元，对所述采样脉冲光和所述波长复用光信号光分别进行M分路； 延迟单元，在所述M分路后的采样脉冲光的路径或波长复用光信号光的任意一个路 径中，提供所述时间T的整数倍的时间延迟；M个光90度混合器，在所述分路以及延迟后，针对每个分路输出，将所述采样脉冲 光以及波长复用光信号光合波，得到相位相差90度的信号光；M个平衡型受光器，接收来自所述M个光90度混合器的出射光，分别得到正交电流 Im> Qm,其中0《m《M-l ；以及运算部，测定所述M个平衡型受光器各个的输出电流Im、Qm的任意时刻的值，根据 Jm = Im+jQm,求所述波长复用光信号光的全电场振幅Jm。
3.根据权利要求2所述的波长复用光信号测定装置，其特征在于， 所述连续时间序列电场采样部，在所述延迟单元带来的延迟量存在误差的情况下，在将通过预先观测一定振幅的 单一波长而得到的电场振幅设为J1/1)，将波长复用光信号的全电场振幅设为Jm时，将 KmE JmJm(°)*视为波长复用光信号的全电场振幅，其中，O^nSM-1，*表示相位共轭。
4.根据权利要求2或3所述的波长复用光信号测定装置，其特征在于，所述光发生单元反复发生所述采样脉冲光，使其发生频率从比特频率的整数分之一 稍有失调。
5.—种波长复用光信号测定方法，测定波长复用光信号的全电场振幅，对该测定结 果进行傅里叶解析，算出各个波长的信号分量的电场振幅，该波长复用光信号测定方法 的特征在于，按每一时间T测定M次所述波长复用光信号的全电场振幅Jm，其中，将所述波长复 用光信号的全频带设为Δ ftotal时，将时间T设定得比1/ Δ ftotal小，并设定全观测时间的倒 数1/(MT)比相邻波长信道的频率间隔Af小，通过对所述全电场振幅Jm进行傅里叶解 析，来算出各个波长的信号的振幅，其中O^nSM-1。
6.根据权利要求5所述的波长复用光信号测定方法，其特征在于，在波长复用光信号的全电场振幅的测定中，相对于所述波长复用光信号，发生频谱宽度比所述波长复用光信号的全频带Aftotal 大、且频谱的中心与所述波长复用光信号光整体的中心波长大致一致的采样脉冲光； 对所述采样脉冲光和所述波长复用光信号分别进行M分路； 在所述M分路后的采样脉冲光的路径或波长复用光信号的任意一个路径中，提供所 述时间T的整数倍的时间延迟；在所述分路以及延迟后，针对每个分路输出，将所述采样脉冲光以及波长复用光信 号合波，得到相位相差90度的一对信号光；得到所述一对信号光分别的正交电流Im、Qm,其中O^n^M-1; 测定所述正交电流Im、Qm的任意时刻的值，根据Jm = Im+jQm，求所述波长复用光信 号的全电场振幅Jm。
7.根据权利要求6所述的波长复用光信号测定方法，其特征在于， 在所述波长复用光信号的全电场振幅的测定中，在所述时间延迟的延迟量存在误差的情况下，在将通过预先观测一定振幅的单 一波长而得到的电场振幅设为Jm ，将波长复用光信号的全电场振幅设为Jm时，将 KmE JmJm
(°)*视为波长复用光信号的全电场振幅，其中，O^nSM-1，*表示相位共轭。8.根据权利要求6或7所述的波长复用光信号测定方法，其特征在于， 反复发生所述采样脉冲光，使其发生频率从比特频率的整数分之一稍有失调。
全文摘要
对被测定光(L)与采样脉冲光(LSP)分别进行M分路，并对M分路后的各个采样脉冲光附加0，T，2T，...，(M-1)T的时间延迟，在此基础上通过M个光90度混合器，与M分路后的被测定光分别合波，根据利用各平衡型受光元件接收各光90度混合器的出射光而得到的M组输出电流，算出被测定光的每时间T的M个电场振幅，并对这些电场振幅进行傅里叶变换，从而算出被测定光所包含的各个波长的光信号的振幅。对于采样脉冲光，使用具有覆盖被测定光的全频带的频谱宽度的脉冲光。在被测定光的全频带是Δftotal，被测定光所包含的光信号的频率间隔是Δf时，设定有T≤1/Δftotal且1/(MT)≤Δf。
文档编号G01J3/28GK102027345SQ200980117708
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月14日 优先权日2008年5月30日
发明者伊藤文彦, 冈本圭司 申请人:日本电信电话株式会社